智能竞赛抢答器设计毕业设计说明书.pdf

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1、张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书2目目 录录第 1 章 引言.51.1 设计概述：.51.2 设计要求.61.2.1 设计要求与内容.61.2.2 主要技术指标.61.3 设计目标与意义.61.4 章节安排.7第 2 章 方案论证与选型.82.1 设计任务分析.82.2 方案论证与选择.82.2.1 方案一.82.2.2 方案二：.92.3 方案确定.9第 3 章 电路设计.113.1 原理分析.113.2 智能抢答器电路总体框图.113.3 抢答部分电路.123.3.1 编码部分.123.3.2 锁存部分.143.3.3 译码显示部分.163.4 定时电路.193.4.1 定时部分.

2、193.4.2 定时器 555 脉冲输出的设计：.203.5 报警电路：.233.5.1 逻辑门电路.243.6 原理图.27第 4 章 产品调试.284.1 调试的设备.284.2 调试步骤.284.3 故障分析.294.3.1 故障检修：.294.3.2 遇到的问题及解决方法.294.4 调试结果.31第 5 章 产品使用说明.33张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书35.1 功能描述.335.1.1 抢答.335.1.2 复位.345.1.3 倒计时.355.1.4 使用说明：.36心得体会.37致谢.38参 考 文 献.39附 录.40张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书4摘摘

3、 要要本课程设计主要设计一个六人抢答器电路。抢答电路的功能有三个:一是能分辨出选手操作按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效;三是若在30 秒内无人回答锁存电路,禁止该题再被抢答。因此一定要用到芯片 74LS148 来对选手进行优先编码,用 Rs 钝发器(74LS148)配合 74LS148 来锁存任按键选手的号码。同时将动存器中锁存任的信息发送到译码电路中,译码电路再将其送给显示电路,显示电路便可以示出抢答选手的号码直至主持人复位。还有个问题就是在怎么实现在有人按下键之后,其他人在按键无效。这可以通过对编码芯片74LS148 片选端的控制来实现。

4、同样要实现在 30 秒无人抢答后封锁电路,也是运过控制 74Ls148 的片选端来实现的,即使其不能对选手进行编码了。关键字：抢答器电路设计 编码器 锁存器 译码器 计数器张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书5第 1 章引引言言1.11.1设计概述：设计概述：我们将电路的功能设计如下:在主持人说开始抢答后,即主持人打开抢答开关后,如果有选手按键,则显示选手号码,并且锁存,当然要保证,在此之后其他选手再次按键抢答器则不再显示选手号码,即在第一名选手按键后的其他选手再按键无效。若在主持人说开始抢答后在一定的时间内没有人按键抢答则要有报警,以示时间超时。当主持人将开关由开始抢答打到关闭抢答时,要

5、将电路复位。在本次课程设计中要求如下1、有多路抢答,抢答台数力 6。2、具有抢答开始后 30 秒倒计时,30 秒倒计时后无人抢答显示超时,并报警。4、系统复位后进入抢答状态,当有一路抢答按键按下,该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁,同时铃声想起,直至该路按键松开,显示牌显示该路抢答台号。在了解抢答器电路要完成的功能之后,我通过翻诼模拟电子技木基础数字电子技木基础电子技术实验课程设计常用集成电路简明速查手册和电工电子实验教程等书,以及到各大学科网站翻阅资料。最后决定用数字电子技木的有关知识来完成这个电路的设计。其电路主要包括如下几部分:1、输入抢答锁定电路、抢答者序号编码、译码电路和显示电路;2

6、、定时电路、声光报警电路3、控制逻辑电路、起动、复位电路4、倒计时最后 3 秒报警电路等通过课本中的知识及翻阅资料可知,抢答锁存电路要用到芯片 74LS279(RS触发器),抢答者序号编码要用到 74LS148(8-3 优先编码器),译码电路要用到74LS48(BCD 七段译码驱动器),而显示电路要用到共阴极八段数码管,计时电路要用到 74LS192(同步十进制可逆计数器),声光报警电路要用到 555 定时器 n 当然要用到一些电阻和电容要通过计算获得。利用以上芯片在完成各单元主要功能之后,将电路系统的连接起来,来完成电路的整体功能。当然每于部分电路可以分单独完成自己的功能,但不代表当将它们连

7、接起来后就能完成总体功能,需要将其调试。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书61.21.2设计要求设计要求1.2.1 设计要求与内容1）确定设计方案，绘制电路原理图。2）根据技术要求进行电路仿真。3）设计印制板电路，然后生成产品。4）进行产品测试。1.2.2 主要技术指标1）功能指标要求供 6 组选手参赛，编号分别为 1-6，按钮的编号与选手编号相对应。主持人控制开关可用来控制系统的清零和开始。当按下“开始”键时，抢答电路和定时电路进入正常工作。具有数据锁存和显示的功能。若有选手抢答，抢答电路和定时电路停止工作，禁止其它选手抢答，同时显示该选手编号和抢答时刻时间。定时抢答:一次抢答时间设定

8、为 30S，“开始”后电路依次递减并显示。规定时间无人抢答时，具有提示报警功能。2）工艺要求电路板符合 IPC-A-610D 检验标准；为电路板制作一个实用外壳。1.31.3设计目标与意义设计目标与意义抢答器在现实生活中的应用非常广泛，通过设计一个六路抢答器能够让我们更好的了解该器件的原理及内部电路，让我们的专业学习更加贴近生活。本次所设计的六路抢答器只具有最基本的抢答功能，通过优先编码电路、锁存电路、译码电路将最先抢答的选手的编号显示在数码管上，其他选手按下按钮抢答无效，完成并验证所设计的抢答的功能。通过这次课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理,初步掌握数字电路抢答器的调整及测试

9、方法,提高思考能力和实战能力。同时通过本课题设计,巩固已学的理论知识,建立逻辑数字电路的理论和实践的结合,了解多功能抢答器各单元电路之问的关系及相互影响,从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。本论文通过参考大量文张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书7献对抢答器的工作原理做了系统介绍,通过详细的调查和权威技术资料及相关情报的收集,为学校等单位举行的简单的抢答活动提供了简单设计思路,对丁企业了解抢答器产品生产技术及其发展状况十分有益。1.41.4章节安排章节安排本设计报告大致可分为三部分：第一部分简单的介绍了设计的背景及整体的思路方案；第二部分包含第

10、四章至第六章，给出了详细的设计实验过程，以及调试结果；第三部分包括第七章，是论文总结心得及未来相关展望。本文的内容组织安排如下：第一章主要讲述任务要求、系统地介绍论文设计目标与意义、章节安排。第二章简单地介绍方案论证与选型。第三章详细地介绍了硬件的设计、原理。第四章耐心地介绍调试的过程和遇到的问题。第五章细致地介绍产品的使用方法。第六章用心地讲述了本次设计的心得体会及未来展望。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书8第第 2 2 章章方案论证与选型方案论证与选型2.12.1设计任务分析设计任务分析本课题设计的是一个智能抢答器，为了完成任务要求，采用具有显示、抢答、倒计时、锁存、报警功能，适用

11、于有关抢答方面的节目。设计一个智力竞赛抢答器,可同时供8名选手或8个代表队参加比赛,其编号分别是 1、2、3、4、5、6,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是 S1S2、S3、S4、S5、S6.给节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始(3)抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在 LED 数码管上显示选手的编号,同时扬声器发出音响提示此外.要封锁输人电路,禁止其他选手抢答,并将优先抢答选手的编号一直保持到王持人将系统清零为止。抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间长度可以由主持人设定(如30s

12、)当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示。参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效;有效抢答结束定时器停止工作显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答,本次抢答无效,系统短暂报整,并封锁输入电路,禁止选手超时后做无效抢答,时间显示器上显示 00。2.22.2方案论证与选择方案论证与选择经过对设计任务的分析，有两套方案可以完成设计要求；方案一：采用纯数字电路芯片来制作。方案二：采用 C 语言 51/52 单片机来制作。2.2.1 方案一基于数字电路硬件制作，采用纯手工搭线焊接完成，设计与制作六路电子智力竞

13、赛，具有显示、抢答、倒计时、锁存、报警功能。纯手工搭线焊接制作精美又精确，线路搭接焊接稍微有点复杂繁琐，这样可以提高动手能力与技巧。电路部分，脉冲产生电路部分，倒计时显示电路部分，音响电路部分。在锁存器为中心的编码显示电路部分中，由锁存器 74LS279，编码器 74LS148，显示器和门电路组成。使用 74LS279 作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书9输出信号号将时钟脉冲置零，74LS279 立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫 1s，这时抢答无效，使用 74LS148 作为编码器，对输入的型号进行编码，输出 4 位的 BCD码，这四位的 BCD 码输入

14、数码管里显示出抢答者的编号；在脉冲产生电路部分中，用 555 定时器予以实现，通过调节电阻的阻值最后得到符合要求的脉冲，因为可以通过改变电阻电容调频率，取代了用分频器对高频信号进行分频，从而使电路简单了；在倒计时显示电路部分中，由计数器 74LS192，显示器组成。利用 74LS192 计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74LS192 被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，并通过 74LS148 编码器将即时时间进行编码，并送到数码管，显示此时的时间。假如在 9 秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时

15、。在音响电路部分中，由 555 定时器和电阻电容接合成多谐振荡器，产生所需要的脉冲，然后接入蜂鸣器构成。2.2.2 方案二：基于 C 语言编程，采用 51/52 单片机作为控制核心，设计出智能抢答器，具有显示、抢答、倒计时、锁存、报警功能。具有电路简单。操作方便。灵敏可靠的优点，但是对 C 语言的掌握要求高，否则无从下手，容易出错。主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为 20s，回答问题时间为 30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手

16、号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。主持人依次按下复位键（RESET），开始键后开始抢答。可以抢按：超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显示“FFF”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显

17、示选手号码。若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。2.32.3方案确定方案确定经过考虑还是采用方案一纯数字电路芯片，设计电路来制作。方案二采用 C张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书10语言编程。而方案一采用纯数字电路，感觉各方面方案一比起方案二还是比较简单容易，虽然方案一稍微有点复杂繁琐，但是我相信一定比方案二顺利张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书11第第 3 3 章章电路设计电路设计3.13.1原理分析原理分析抢答器由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号同时封锁输入电路，禁止其他选手抢

18、答。扩展电路完成定时抢答的功能。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止工作状态，抢答数码管熄灭，定时数码管显示时间“30”；当主持人宣布抢答开始后，并将开关置于“开始”位置时，抢答器处于工作状态，当选手按下抢答按钮时，该抢答器主要完成以下功能：优先编码器迅速分辨出最先一位抢答的选手的编号，并由锁存器进行保存，然后由译码器译码驱动数码管显示最先一位抢答器的选手的编号。抢答器要完成以下四项工作：1、优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；2、蜂鸣器发出短暂的声响，提醒节目主持人注意；3、控制电路要对输入编码电路进行封锁，避

19、免其他选手进行抢答；4、控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余时间，并保持到主持人将系统清零为止。3.23.2智能抢答器电路总体框图智能抢答器电路总体框图一个具有计时,锁存,显示,报警,复位等基本功能的六人抢答器主要由编码译码电路(带锁存功能),定时电路,时序控制电路,报警电等组成。抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路译码显示主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书123.33.3抢答部分电路抢答部分电路设计电路如 3.3-5 所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279来完成。该电路主要完成两个

20、功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关 S 置于清除端时，RS 触发器的 R、S 端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS148 的优先编码工作标志端0，使之处于工作状态。当开关 S 置于开始时，抢答器处于等待工作状态.当有选手将抢答按键按下时（如按下 S5），74LS148 的输出经 RS 锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR，使 74LS148 优先编码工作标志端

21、，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为 CTR，使优先编码工作标志端，所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。3.3.1 编码部分在此电路中,对于74LS148的输入有6个,分别为1-6号选手,故只需对其1-6号管脚进行应用,其余的(0、7)接高电平(悬空也可以)使其总是处在无效状态。S端为选通输入端,只有在 S=0 的条件下,编码器才能正常王作为芯片扩展端,只有当所有的编码输入端都是高电平(即没有编码输入),且 S=0,即为

22、低电平。因此,低电平输出信号表示“电路工作,而且有编码输入”74LS148 是一块八线三线优先级编码器，在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码。74LS148 优先编码器为 16 脚的集成芯片，除电源脚 VCC（16）和 GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中 I0I7 为输入信号，A2、A1、A0 为三位二进制编码输出信号，EI 是使能输入端，OE 是使能输出端，S 为优先编码输出端。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1

23、374LS148 管脚图74LS148 输入端优先级别的次序依次为 I7，I6，I0。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0 且 I6=I7=1(I6、I7 优先级别高于 I5)则此时输出代码 010(为(5)10=(101)2 的反码)这就是优先编码器的工作原理。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书141、0-7 编码输入端(低电平有效)2、EI 选通输入端(低电平有效)3、A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码 输 出 端(低电平有效)4、GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)5、EO 选通输出端

24、，即使能输出端74LS148 功能真值表3.3.2 锁存部分在选手抢答后要求一直显示选手的号码直至主持人将开关打到复位位置上,这就要求有对选手按键的编码进行锁存。对于编码电路主要有四个输出端,其中(Y2、Y1、Y0)为选手号编码,一个为芯片扩展端(YEX),故要用四个锁存器来锁存输出信息。经查资料得,74LS279(四 RS 触发器)可以完成此功能。74LS279 就是 4R-S 触发器，每片上有四路 R-S 触发器。每路 R-S 触发器有 R和 S 两个输入和一个输出端 Q。当 S 输入低电平（0）时，输出 Q 为低电平（0）；当 S 输入高电平（1）时，如果 R 输入低电平（0），则 Q

25、为高电平（1）；当 S 输入高电平（1）时，如果 R 输入低电平（1），则 Q 保持不变。输入输出STLN0LN1LN2LN3LN4LN5LN6LN7Y2Y1Y0YEXY31XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1574LS279 管脚图其电路连接图设计为：锁存电路张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书163.3.3

26、 译码显示部分用一个数码管和 BCD 七段译码驱动器来完成译码和选手号码的显示74L48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入(DCBA)和输出(YaYg)端外,7448 还引入了灯测试输入端(1T)和动态灭零输入端(RBI),以及既有输入功能又有输出功能的消输入动态灭零输出(BI/RBO)由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能。(1)7 段译码功能(LT=1,RBI=1 在灯测式输入端(T)和态灭零输入端(RBI)都接无效电平时,输入DCBA经7448译码,输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号,显示相应字符。除 DCBA=0000 外,RBI 也可以接低电平。74LS48

27、管脚图(2)消隐功能(BI=0此时BRBO端作为输入端,该端输入低电平信号时,无论LT和 RB 输入什么电平信号,不管输入 DCBA 为什么状态,输出全为”0”,7 段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示(3)灯测试功能(LT=0 此时 B/RBO 作为输出端,端输入低电平信号时,与及DCBA 输入无关,输出全为”1,显示器 7 个字段都点亮。该功能用于 7 段显示器测试,判别是否有损坏的字段(4)动态灭零功能(LT=1,RBI=1)此时 RB0 端也作为输出,LT 端输入高电平信号,RBI输入低电平信号,若此时DCBA=0000,输出全为 0,显示器想灭,不显示这个零,DCBA0,则

28、对显示无影肉。该功能主要用于多个 7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书1774LS48 七段译码驱动器真值表十进数或功能输入BI/RB输出LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H11111101HX0001H01100002HX0010H1101101译码显示接线图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书18张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书193.43.4定时电路定时电路该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器 74LS192减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。具体电路如图

29、3 所示。两块 74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192 的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管 DPY_7-SEG 上。当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。图中电容 C 的放电时间和充电时间分别

30、为，于是从 NE555 的 3 端输出的脉冲的频率为，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为 R1=47K，R2=47K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。3.4.1 定时部分定时控制电路要完成以下功能:在主持人将开关打到“开始”位置时,计时电路开始倒计时;当有选手抢答时,计时电路停止计时;若在 30 秒后无人抢答,电路要发出一个时间到的标志信号。显示电路与之前的基本相同。图 3.4-274LS192 管脚图74LS192 是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图 5-4 74LS192 的引脚排列及逻辑符张

31、家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书20号（a）引脚排列(b)逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3 为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3 为数据输出端。1、CPU 为加计数时钟输入端，CPD 为减计数时钟输入端。2、LD 为预置输入控制端，异步预置。3、CR 为复位输入端，高电平有效，异步清除。4、CO 为进位输出：1001 状态后负脉冲输出，5、BO 为借位输出：0000 状态后负脉冲输出。74LS192 功能真值表输入输出MRPLCPuCPdP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000X

32、Xdcbadcba011XXXX加计器011XXXX减计数3.4.2 定时器 555 脉冲输出的设计：555 定时器是一种模拟电路和数字电路相结合的中规模集成器件，它性能优良，适用范围很广，外部加接少量的阻容元件可以很方便地组成单稳态触发器和多谐振荡器，以及不需外接元件就可组成施密特触发器。因此集成块 555 定时器被广泛应用于脉冲波形的产生与变换、测量与控制等方面。如下图所示，只需用几个简单的元器件就能构成多谐振荡电路产生脉冲，这是我们下一个环节倒计时必不可缺的部分。555 定时器是电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟与逻辑功能巧妙地组合在一起，具有结构简单、使用电压范围宽、

33、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555 定时器配以外部元件，可以构成多种实际应用电路。广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC/3，C2 的反相输入端的电压为 VCC/3。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书21若触发输入端 TR 的电压小于 VCC/3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入

34、端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于 VCC/3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平。NE555 管脚图1 脚：外接电源负端 VSS 或接地，一般情况下接地。2 脚：低触发端 TR。3 脚：输出端 V04 脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 TR、TH 处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5 脚：VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01F 电容接地，以防引入干扰。6 脚：高触发端 TH。7 脚：放电端。该端

35、与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8 脚：外接电源 VCC，双极型时基电路 VCC 的范围是 4.5 16V，CMOS型时基电路 VCC 的范围为 3 18V。一般用 5V。在 1 脚接地，5 脚未外接电压。所示 EN555 定时器 1 脚 GND 接地、2 脚 TR触发输入端、3 脚 OUT 信号输出端、4 脚 RD 复位端、5 脚 CO 电压控制端、6 脚 TH 阈值输入端、7 脚 DIS 提供放电通路、8 脚 VCC 电源；电阻分压器由 5K 的电阻串联分压而成为电压比较器 C1和 C2提供基准电压。C1的基准电压为 UR1=3/2，C2 的基准电压为 UR2=3/1。（注释为

36、非号）功能：供应电压 4.5-18V供应电流 10-15ma输出电流 225mA(max)上升/下降时间 100ss用 555 定时器组成多谐振荡器输出方波脉冲,频率我 1Hz。设计电路如下。在此电路中张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书22根据产生脉冲振荡频率的计算公式2ln)221(1fCRR，取 R1=47K,R2=47K,C=10uF 即可以实现。即 0.7（47247）10=1HZ/s表 3.2.1 555 定时器的功能从表 3.2.1 可以看出功能为：“两高出低，两低出高，中间保持；T 的状态与输出相反”。NE555 脉冲接线图输入输出RD（复位）TH(阈值)TR（触发）OUT

37、（输出 UO）V 态(放电）00导通13/2Vcc3/1Vcc0导通13/2Vcc3/2Vcc3/2Vcc保持保持13/2Vcc3/1Vcc不允许不允许张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书23定时器电路3.53.5报警电路：报警电路：报警电路,同样用 555 定时器来实现。输入信号可以对 555 定时器的管脚 3进行控制,若 3 脚输入高电平,55 正常工作;若 3 输入低电平,555 定时器停止工作。当计时时间到时要报警。倒计时“30s”无人抢答，并且倒计时到最后三秒时，蜂鸣器发出声音。由两块 555 定时器和外接定时元件 R、C 构成的两个多谐振荡器电路。多谐振器的特点是没有稳定状态,

38、只有两个暂稳态,无需外加触发脉冲,可以由一个暂稳态自动翻转到另外一个暂稳态,并且两个暂稳态持续的时间可通过调节外接的定时元件 R、C 来进行控制。图 2由555 定时器构成的报警电路 RD(4 脚)张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书24是复位端,当该脚通过铜丝与地相连时,RD=0,两块 555 定时器构成的多谐振荡器不工作,此时 u01=u02=0,发光二极管 LED 不发光,扬声器不发声。当555定时器的4号脚与地相连的铜丝断开时,RD=1,第一块555定时器构成的多谐振荡器工作,此时 uo1 的输出不稳定,在 0 和 1 之间不停的跳动,输出波形如图3所示,且uo1=1时,发光二极管

39、LED发光,uo1=0时,发光二极管LED不发光,并且 0 和 1 持续的时间可通过调节外接的定时元件 R1、R2 和 C1 来进行控制,从而改变发光二极管闪烁的快慢。同时,对应的第二块 555 定时器的 RD=1,第二块 555 定时器构成的多谐振荡器工作,此时uo2 的输出不稳定,在 0和1之间不停的跳动,并 且uo1 输出的方波信号通过R6 去控制第二块555 定时器的5号脚,改变了第二块555 定时器构成的多谐振荡器的参考电压,当 uo1=1 时,对应参考电压高,第二块 555 定时器的振荡频率低;当U01=0时,对应参考电压低,第二块555定时器的振荡频率高,输出波形如图 3 所示。

40、所以,第二块 555 定时器的振荡频率被第一块 555 定时器的输出电压调制为两种音频频率使扬声器发出双音声响。3.5.1 逻辑门电路本次设计用的 CT74LS00 集成块，由 4 个 2 输入端的与非门构成，GND、VCC分别为接地和接电源，管脚排列图如图 3.4.8 所示CT74LS00 管脚图74LS00 从属于 TTL 门系列.它是一个内部含有四个双输入的与非门芯片.其14 脚接+5v 电压;7 脚地；当 AB 都为高电平1时输出为高电平0；当 AB 都为低电平0时输出为高电平1；当 AB 异同时:即,一个为低电平0一个为高电平1时输出为高电平1。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明

41、书25图 3.6.2 与非门逻辑符号表达式：Y=AB 实现与非运算的逻辑电路称为与非门，其逻辑符号如图3.4.9 所示。与非运算是与运算和非运算组合在一起的复合逻辑运算，先运算再非运算，其真值表如表 3.4.1 所示。输入输出ABC001011101110表 3.6.3 真值表从真值表可以看出，与非门逻辑功能为：“有 0 出 1，全 1 出 0”。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书26报警电路接线图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书273.63.6原理图原理图经过前面一系列的研究设计，通过历时一个多月的时间，完成了包含抢答电路图，计时电路，锁存电路图的智力竞赛抢答器的设计。以下为本

42、设计总电路图：总原理图张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书28第第 4 4 章章产品调试产品调试4.14.1调试的设备调试的设备本次毕业设计调试与制作时所用的设备工具：名称型号数量数字万用表UF-51一台直流电源+5V一台示波器一台飞线若干锡丝若干焊烙铁一个烙铁架一个吸锡枪一个镊子一个剪子一把4.24.2调试步骤调试步骤电路的调试分为：总体调试和单元调试。单元调试：在连接每一格单元后,要测试每一个单元的功能是否实现,如果没有,要根据其现象分析原因,然后进行修改总体调试：在连接各个模块后,就进行总体的调试,将各相关联的单元有机的连接起来,测试各单元相互配合后完成的功能。如果没有实现,根据现象

43、分析原因,然后进行修改。在调试过程中遇到的问题及解决方案：（1）在将计数电路连接好进行调试发现,计时电路并不能进行 30 秒倒计时,尤其时十位数上,总是会发生随即跳变现象。经过检测电路连接无误。但怎么会出现此种现象呢?再次检查电路发现,原来我把要接高电平的引脚悬空。虽然这样也为高电平,但不稳定,必须接+5v 电路才能稳定。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书29（2）当主持人将开关打到复位时,计数电路不能复位。经检测发现,是复位信号没有接进去。（3）报警电路喇叭不响,经检测是因为喇叭信号产生电路的频率太低。采用的方案是减小电容,增大频率。4.34.3故障分析故障分析4.3.1 故障检修：问

44、题一：接入 5V 的电源电压后，数码管无法现实，按任意开关键数码管显示输出依旧是无法显示；故障分析：首先排除接线问题，用万用表一根一根线的排查，又担心时数码管在焊接过程中烧坏了，用万用表的二极管档进行测量。解决办法：用万用表对各开关电路进行检查，看其是否接通，检查完毕后发现开关电路并无问题，74LS373 的输出端，是有信号送出的。那么就证明我的电路是没有问题的，然后到 74LS148 的输出，也有信号送出。这样就知道问题有可能来自CD4511 或者数码管上了。那我估计是有可能是虚焊导致的，我把 CD4511 的引脚焊点又焊了一遍，焊完之后就可以正显示了。问题二：接入 5V 的电源电压后，倒计

45、时出现乱跳。故障分析：初期怀疑可能是接触不良导致的，通过测量相应的导线发现并不是接触不良，通过查阅资料，发现时 555 的高低电平不对。解决办法：想了很久，感觉是进位信号送早了，那么我就加一个非门，让高电平变成低电平，低电平变成高电平，整体的往后延迟了，再试的时候就已经可以正常工作了。4.3.2 遇到的问题及解决方法这次安装过程让我感触很深,首先谈谈遇到的一些具体问题吧。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书30第一,在连接线路的时候,我的布线得到了老师的一致好评,就是导线连接基本上都是贴着电路板的长度也刚好没有多余的,虽然这样视觉效果较好,但是如果连错了再去改正就比较麻烦,也不好焊接,所以

46、导线还是稍微长一点好。第二,焊接芯片插座的时候最好先别把芯片插到插座上去,这样就不会让电烙铁烧坏芯片,记得我第一片芯片就是安上去的,结果芯片变得好热,还好没烧坏。有些同学就没这么幸运了。第三,器件引脚识别的问题,我和几个同学都将数码管的引脚认错了,结果导致拆线重接,这么多的线可不是开玩笑的,当田时我就是下了巨大决心才才改过来的。第四,我焊接完后,老是只有二三段管子亮,原米是抢答按键那里有两个不该接在一起的地方接一块去了,改正之后还是有一段不亮,我就怀疑是数码管坏了,丁是并联了一个数码管,结果两个数码管都有一段不亮,但不是原来那一段。问了老师后才知道数码管不能随便并联,于是又个下来,奇怪的是拆了

47、后抢答器就正常工作了。最后是心态的问题,一句话就是要耐心沉住气。我在一遍一遍检查不出错误但抢答器就是不能工作时,我很是消沉无奈,尤其是到后期看到其他同学一个个都陆续成功之后,更是总不可耐,但又没办法,那种滋味太难受了。但千万别放弃,我就是这样才终丁成功做好抢答器的路的调试。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书314.44.4调试结果调试结果已完成的六人智力竞赛抢答器抢答功能：图 4.5-1张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书32已完成的六人智力竞赛抢答器无人抢答倒计时图 4.5-2张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书33第第 5 5 章章产品使用说明产品使用说明5.15.1功能描述

48、功能描述5.1.1 抢答当主持人按下按钮之后，在场的 6 位选手即可抢答，第一个按下按钮的选手抢答有效，蜂鸣器发出声音提示，系统自动识别第一个抢答的选手，并锁定，抢答显示器上显示选手相对的编号，其他选手将无法抢答，下一轮当主持人按下按钮恢复方可抢答。图 5.1-1选手编号数码管显示对应的编号选手 1、2、3、4、5、6 抢答按钮+5V 电 源输入端张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书345.1.2 复位当选手抢答或者倒计时结束无选手抢答，下一轮主持人按下按钮即可复位。图 5.1-2复位按键按下之后选手编号数码管熄灭主持人复位按钮复位按键按下之后重新“30s”依次递减计数张家界航空工业职业技

49、术学院毕业设计说明书355.1.3 倒计时当主持人按下按钮之后，抢答器倒计时显示器显示 30s，倒计时显示器数字依次递减。有选手抢答时，同时倒计时显示器计数停止并显示当前时间。若无选手抢答，倒计时显示器数字将一直递减，则直到倒计时显示器显示“00”，并且倒计时到最后三秒时蜂鸣器发出声音提示。图 5.1-3时间到蜂鸣器发出声音30s 倒 计 时显示张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书365.1.4 使用说明：首先找到 5V 电源 USB 供电设备，供电之后初始化抢答显示器显示数字7。然后按下主持人按键六人智力竞赛抢答器正常工作，倒计时显示器开始倒计时 30s，这时即可抢答。其他六个按钮随机按

50、下一个按钮，同时抢答显示器显示对应的编号，蜂鸣器并会发出声音，倒计时停止计时，其他按键将无法抢答，抢答显示器的编码和按键失效保持到主持人按键按下之后方可恢复抢答。若无人抢答倒计时 30s 结束，则倒计时显示器显示“00”时，蜂鸣器并发出声音，抢答按键无法抢答，直到主持人按键按下之后方可恢复抢答。抢答电路的功能有三个:一是能分辨出选手操作按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效;三是若在30 秒内无人回答则锁存电路,禁止该题再被抢答。因此一定要用到芯片 74LS148来对选手进行优先编码,用 RS 触发器(74LS279)配合 74LS148 来锁存住